DE4403770C2

DE4403770C2 - Verfahren zur Erfassung der elastisch-plastischen Dehnung bei der Druckprobe von Behältern

Info

Publication number: DE4403770C2
Application number: DE4403770A
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl Ing Rasche; Gerd Dipl Ing Junker
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: MCS CYLINDER SYSTEMS GMBH, 46535 DINSLAKEN, DE
Priority date: 1994-02-02
Filing date: 1994-02-02
Publication date: 1995-12-14
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: DE4403770A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der plastischen Dehnung bei der Druckprüfung von Behältern gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 4. Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der GB 21 85 581 A bekannt.

Behälter zur Speicherung von Gasen müssen vor Auslieferung und in Abhängigkeit von der Art des zu speichernden Gases nach Ablauf spezifischer Frist wiederkehrend einer Druckprüfung unterzogen werden. Der dafür vorgeschriebene Prüfdruck beträgt in der Regel das 1,5-fache des Betriebsdruckes. Nach Ablauf der zuvor erwähnten Fristen ist eine Wiederholungsprüfung vorgeschrieben, um nachzuprüfen, ob der Behälter weiterhin dem Prüfdruck ohne unzulässige plastische Dehnung stand hält sowie um die elastische Dehnung zu messen. In einer der Vorschriften ist festgelegt, daß in diesem Fall die bleibende Dehnung 5% des Druckvolumens nicht überschreiten darf. Anderenfalls darf der Behälter nicht weiter verwendet werden.

Ein gattungsbildendes Verfahren zur Erfassung der plastischen Dehnung bei der Druckprüfung von Behältern ist als Verfahren "ohne Wassermantel" aus der GB 21 85 581 bekannt. Bei diesem Verfahren wird der zu prüfende Behälter, dessen offene Seite mit einer Pumpe verbunden ist, über ein Reservoir mit Wasser gefüllt, wobei die Füllung über ein Luftabblaseventil kontrolliert wird. Gleichzeitig wird über eine Abzweigleitung mit dazwischen angeordneten Ventilen ein Überlauf und eine Meßküvette mit einem parallel dazu angeordneten Anzeigerohr gefüllt. Nach Füllung des Behälters wird dieser mittels der Pumpe unter Druck gesetzt, wobei die weitere Flüssigkeitszufuhr durch Entnahme der in der Meßküvette gespeicherten Flüssigkeit erfolgt. Ein Manometer zeigt den durch die Pumpe erzeugten Druck an. Bei Entlastung des Behälters strömt die Flüssigkeit durch den sich zusammenziehenden Behälter wieder zurück in die Meßküvette. Der sich einstellen Flüssigkeitsspiegel gibt die bleibende Dehnung an. Entsprechendes gilt für die Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Nachteilig bei diesem Verfahren und dieser Vorrichtung ist, daß sie sich nicht ohne weiteres zur Automatisierung eignen. Außerdem ist der apparative Aufwand mit einer Vielzahl von Ventilen und Füllanzeigen groß.

Ein Druckübersetzer ist aus der EP-A2-328 005 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und die Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4 derart weiterzubilden, daß sie sich zur genauen Erfassung der plastischen Dehnung bei der Druckprüfung von Behältern, insbesondere von mit Faserverbundstoffen verstärkten Metallflaschen, eignen und in einfacher Weise eine Automatisierung zulassen.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und bei der Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4 mit den Merkmalen nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2, 3 und 5.

Im Unterschied zum Stand der Technik nach der GB 21 85 581 A wird nicht die Überlaufmenge meßtechnisch erfaßt, und zwar als Weg der Wasseroberfläche, sondern die für das Erreichen des Prüfdruckes notwendige weitere Flüssigkeitszufuhr in Form eines anderen Weges.

Dazu wird ein Druckübersetzer, bestehend aus Zylinder und Kolben, der eine Spindel aufweist, an einem offenen Ende des Behälters angeschlossen. Der Weg des Spindelantriebes wird abgegriffen und mit der parallellaufenden Druckanzeige graphisch aufgezeichnet. Beide Meßdaten können graphisch bzw. mittels eines XY-Schreibers aufgetragen werden.

Um nicht von einer Meßmethode abhängig zu sein, wird als Nachkontrolle gemäß dem Anspruch 2 vorgesehen, die bei der Entspannung des Druckbehälters auf Normaldruck sich ergebende Flüssigkeitsabgabe zu erfassen. Im Idealfall ist die Flüssigkeitsmenge zur Erreichung des Prüfdruckes gleich der abgegebenen Flüssigkeitsmenge nach der Entspannung. Die abgegebene Flüssigkeit kann in einer Meßküvette gemessen werden, wie das beim Stand der Technik nach der GB 21 85 581 A der Fall ist.

Die temperaturabhängige Kompressibilität und Volumenänderung des Druckmediums wird für diesen Vergleich rechnerisch berücksichtigt. Um größere Abweichungen zu vermeiden, werden gemäß dem Anspruch 3 Füll- und Druckvolumen einem temperaturgeregelten Reservoir entnommen, so daß die vorherrschende Raumtemperatur, Behältertemperatur und die Temperatur des Füll- bzw. Druckmediums sehr gut übereinstimmen.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren ist für eine automatische Erfassung geeignet, wobei dies gleichzeitig auch im Zuge der verschärften Anforderungen hinsichtlich der Qualitätssicherung als vorzeigbare und nachprüfbare Dokumentation benutzt werden kann. Durch die weiterhin vorgeschlagene Nachkontrolle kann ohne zusätzlichen Aufwand die angewandte Meßmethode überprüft werden.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Einrichtung zur Erfassung der plastischen Dehnung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Zusammenhanges zwischen Druck- und Flüssigkeitsmenge.

In Fig. 1 ist am Behälter 1 am unteren offenen Ende 2 ein Druckübersetzer 3 angeschlossen, der eine Spindel 4 mit hoher Gangübersetzung aufweist. Die weiteren Einzelheiten des Spindelantriebs sind weggelassen worden.

An einer Parallelleitung 5 ist das Druckmeßgerät 6 angeschlossen. Spindelantrieb und Druckmeßgerät 6 sind über Leitungen 7, 8 mit einer Auswerteeinheit, bzw. einem XY-Schreiber 9 verbunden. Am oberen offenen Ende 10 des Behälters 1 ist eine Meßküvette 11 angeschlossen.

Das Prüfverfahren läuft in folgenden Schritten ab. Der Behälter 1, vorzugsweise eine mit Faserverbundwerkstoffen verstärkte Metallflasche wird mittels eines hier nicht dargestellten Säulenschwenkkranes von der waagerechten in die senkrechte Lage geschwenkt und in die Aufnahme einer Waage (nicht dargestellt) abgesenkt. Nach Lösen der Spannzange (nicht dargestellt) wird das Leergewicht des Behälters 1 ermittelt und dokumentiert. Anschließend wird der Behälter 1 in die Ausgangslage zurückgeschwenkt, um die Füll- 3 und Druckarmatur 6, sowie die Meßküvette 11 manuell anzuschließen.

Der weitere Vorgang läuft wie folgt automatisch ab.

- Schwenken und Absenken in die Aufnahme der Waage
- Spülen mit 30 Grad Celsius warmem Wasser bis der Behälter 1 die Wassertemperatur erreicht hat
- Schließen der oberen Behälteröffnung 10
- Ermittlung des gefüllten Behältergewichtes (drucklos)
- Zugabe von weiterer Flüssigkeit aus dem Druckübersetzer 3 bis zum vorgegebenen Prüfdruck P₁ bei gleichzeitiger Dokumentation 9 des Druckanstieges und der Volumenzunahme
- Ablauf der eingestellten Haltezeit bei Prüfdruck P₁
- Öffnen der oberen Behälteröffnung 10
- Rückführung der druckspezifischen Flüssigkeit in eine Meßküvette 11
- Entleerung des Behälters 1 mit Druckluft (Rückführung der Flüssigkeit in einen Sammelbehälter)
- Trocknung mit Druckluft bis die geforderte Restfeuchtigkeit im Behälter 1 erreicht ist
- Spülen mit Stickstoff
- Schwenken in die Ausgangslage, um die Armaturen 6, 11 manuell zu entfernen.

Nach der Druckprüfung werden die Behälteröffnungen 2, 10 manuell mit Plastikstopfen verschlossen.

In Fig. 2 ist grafisch der Zusammenhang zwischen Druck- und Flüssigkeitsmenge dargestellt. Beispielsweise ist auf der Abszisse 23 die Flüssigkeitsmenge in Milliliter und auf der Ordinate 24 der Druck in bar abgetragen. Bei der Erstprüfung verläuft im Regelfall der Anstieg 20 linear bis zum Niveau 21 des vorgeschriebenen Prüfdruckes P₁. Nach der Entlastung kehrt der Meßwert wieder in die Ausgangslage zurück. Der mögliche Verlauf bei einer Wiederholungsprüfung ist ebenfalls dargestellt. Der anfangliche Anstieg ist gleich dem bei der Erstprüfung, dann erfolgt aber ein Abknicken 22 bis zum Erreichen des vorgeschriebenen Prüfdruckes P₁. Nach der Entlastung ergibt sich eine bleibende Dehnung Epsilon, die beispielsweise kleiner 5% ist und so Rückschlüsse auf die Alterung des Druckbehälters 1 zuläßt.

Claims

1. Verfahren zur Erfassung der plastischen Dehnung bei der Druckprüfung von Behältern, insbesondere mit Faserverbundwerkstoffen verstärkten Metallflaschen, bei dem der Behälter bis zum Erreichen des Normal druckes mit einer Flüssigkeit gefüllt und durch weitere Flüssigkeitszufuhr mittels einer Drucker höhungseinrichtung unter einen vorgeschriebenen Prüf druck gesetzt wird, bei dem die weitere Flüssigkeits zufuhr bis zum Erreichen des Prüfdruckes als Weg erfaßt und nach Erreichen des Prüfdruckes die sich ergebende elastisch-plastische Dehnung des Behälters ermittelt wird, anschließend der Behälter auf Normal druck entspannt wird,
das Restvolumen der weiteren Flüssigkeit als Weg erfaßt und die sich ergebende plastische Dehnung des Behälters ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckerhöhungseinrichtung ein Druckübersetzer mit Kolben ist, der Weg ein Weg der Spindel des Druck übersetzers ist und der Weg graphisch über den Druck aufgezeichnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Nachkontrolle die während der Entspannung sich ergebende Flüssigkeitsabgabe gemessen wird, wobei die temperaturabhängige Kompressibilität und Volumenänderung des Füll- bzw. Druckmediums rechnerisch berücksichtigt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Füll- und Druckmedium einem temperaturge regelten Reservoir entnommen wird.

4. Einrichtung zur Erfassung der plastischen Dehnung bei der Druckprüfung von Behältern, insbesondere mit Faserverbundwerkstoffen verstärkten Metallflaschen, mit einem mit einem offenen Ende des Behälters verbundenen Reservoir, einer an demselben offenen Ende des Be hälters angeschlossenen Druckerhöhungseinrichtung, einem Wegsensor und einem an demselben offenen Ende des Behälters angeschlossenen Druckmeßgerät, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckerhöhungseinrichtung ein Druckübersetzer (3) ist, der einen Zylinder als Reservoir und einen Kolben mit einer eine hohe Gangübersetzung aufweisenden Spindel (4) und einem Spindelantrieb mit einem Weg sensor aufweist und daß eine Auswerteeinheit (9) vorhanden ist, mit der der Spindelantrieb und das Druckmeßgerät (6) über elektrische Leitungen (7, 8) verbunden sind.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten offenen Ende (10) des Behälters (1) eine Meßküvette (11) angeschlossen ist.